关于……科学测年方法，一切你该知道的

石溪大学的古人类学家约翰·谢（John Shea）说，在确定科学家从地下挖掘出的化石或人工制品的年龄时，“有好年代、坏年代和糟糕年代。”

好的年代是通过至少两种不同的方法确定的，理想情况下，每种方法都涉及多个独立实验室进行结果交叉比对。有时只能使用一种方法，这会降低研究人员对结果的信心。

那糟糕的年代呢？

谢笑着说：“它们是基于‘它这么老是因为我说的’，这是我一些年长同事流行的做法，不过我觉得随着我头发越来越白，我自己也喜欢这种方法了。”

不开玩笑了，确定发现物的年代对于理解其重要性以及与其他化石或人工制品的关联至关重要。方法分为两大类：相对法或绝对法。

一切皆相对

在更精确的绝对测年工具出现之前，研究人员使用各种比较方法，称为相对测年。这些方法——其中一些至今仍在使用——只能提供在一个既定序列中的近似位置：把它想象成排序而不是测年。

生物地层学

最早也是最基本的科学测年方法之一，也是最容易理解的。岩层一层叠一层——在一个地层中发现化石或人工制品，你可以合理地假设它比它上面的任何东西都要古老。古生物学家仍然普遍使用生物地层学来测定化石的年代，通常与古地磁学和火山碎屑地层学结合使用。生物地层学的一个子方法是动物群关联：有时研究人员可以根据同一地层中其他动物群的已知年代来确定化石的大致年代——尤其是微型动物群，它们进化速度更快，使得每个物种在化石记录中存在的跨度更短。

古地磁学

地球的磁极大约每10万到60万年就会翻转一次。磁极被特定类型岩石中磁性晶体的取向记录下来，研究人员已经建立了一个正常和反转磁极时期的时间表。古地磁学通常被用作其他测年方法的粗略验证。

火山碎屑地层学

火山喷发后数小时或数天内，火山灰——火山喷发时被抛入大气中的岩石碎片和其他物质——会以独特的地球化学指纹沉积成一层。研究人员可以首先对该地层应用一种绝对测年方法。然后，他们利用这个绝对年代来确定化石和人工制品相对于该地层的相对年代。例如，新西兰的陶波火山于公元232年爆发。陶波火山灰以下的任何东西都比公元232年早；它上面的任何东西都比公元232年晚。

相对年代

研究人员经常根据其装饰艺术或戏剧艺术的风格演变来构建一个文化或文明的时间表——这就是为什么这种方法有时也被称为风格系列法。总的来说，一首诗或一件陶器越复杂，就越先进，在年代顺序中也越靠后。例如，埃及学家根据在墓葬遗址中发现的陶瓷日益复杂化，构建了前王朝时期的埃及相对年代。

绝对精确

只要有可能，研究人员都会使用一种或多种绝对测年方法，这些方法可以提供实际化石或人工制品的年龄。与基于观察的相对测年不同，大多数绝对方法需要通过加热或其他方式破坏一部分样本。

放射性测年法

这一系列测年方法，有的已有百年历史，利用了环境的天然放射性。有机和无机材料中痕量放射性元素的某些不稳定同位素会衰变成稳定的同位素。这是以已知速率发生的。通过测量不同同位素的比例，研究人员可以确定材料的年龄。以下是一些最常见的放射性测年方法：

放射性碳测年法

这种方法有时被称为碳-14测年法，适用于有机材料。动植物死前会与环境交换碳。之后，它们遗骸中的放射性同位素碳-14含量会减少。测量骨骼或木材中的碳-14可以提供准确的年代，但仅限于有限的范围。谢说：“超过4万年，样本就太小了，污染风险太大了，误差范围可达数千年。这就好比拥有一块告诉你白天黑夜的手表。”

单晶熔融法

这种方法也称为单晶氩法或氩-氩（Ar-Ar）测年法，是对一种名为钾-氩（K-Ar）测年法的旧方法的改进，后者至今仍在使用。这两种方法都用于测定岩石而不是有机材料的年代。当钾衰变时，会变成氩。但与放射性碳测年法不同的是，样本越古老，测年越准确——研究人员通常使用这些方法来测定至少50万年前的发现物。而钾-氩测年法需要破坏大量样本来分别测量钾和氩的含量，氩-氩测年法则可以用一个较小的样本同时分析两者。

铀系测年法

铀系测年法包括多种方法，每种方法都基于不同的铀同位素的衰变速率。铀-钍法通常有助于测定4万至50万年前的发现物，对于放射性碳测年法来说太老，对于钾-氩法或氩-氩法来说又太年轻。

电子自旋共振测年法

随着时间的推移，某些岩石和有机材料（如珊瑚和牙齿）非常善于捕获来自阳光和宇宙射线的电子，这些射线轰击地球。研究人员可以测量这些捕获电子的数量来确定年龄。但要使用任何电子捕获测年法，专家首先需要计算电子捕获的速率。这包括考虑许多变量，例如物体每年受到的辐射量。这些技术仅适用于数千年至50万年前的材料——一些研究人员认为，在10万年后准确性会显著下降。

热释光法

像石英这样的硅酸盐岩石尤其善于捕获电子。研究使用史前燧石工具（一种硬化的石英）的研究人员，经常使用热释光法（TL）来确定工具的年代，而不是岩石的年代。在塑造燧石后，工具制造者通常会将岩石放入火中。谢解释说：“岩石被加热，热量释放出电子；然而，在此之后，岩石开始通过宇宙射线再次吸收电子，”本质上重置了岩石的计时器。考古学家也经常使用热释光法来测定陶瓷的年代，陶瓷在制造过程中也暴露于高温。

光释光法

与热释光法类似，光释光法测量岩石中石英晶体最后一次见到阳光的时间。暴露在阳光下会将晶体的计时器重置为零，但一旦被埋藏，捕获的电子就会累积所谓的发光信号，可以在实验室中测量。研究人员将样本暴露在特定波长的光下，这些光会短暂地“释放”电子，刚好足以让每个电子发出一个光子。发出的光，即信号，可用于计算样本最后一次暴露于阳光的时间。

电子自旋共振法

电子自旋共振法（ESR）利用磁场测量捕获的电子，与医学技术磁共振成像（MRI）有关，MRI允许医生检测肿瘤或窥视你嘎吱作响的膝盖。因为ESR在不释放电子的情况下基本上跟踪电子的活动——“自旋”——样本可以进行重复测年。ESR的范围也更长——一些研究人员声称可达100万年——但它比其他电子捕获方法更复杂，更容易出错。

本文最初印刷版为“科学测年方法”。